第12講化學反應的調控

￡顏羽目標

i.通過工業合成氨適宜條件的選擇與優化，認識化學反應速率和化學平衡的綜合調控在生產、生活和科學研

究中的重要作用。

2.在合成氨適宜條件的討論中，形成多角度分析化學反應和化工生產條件的思路，體會化學反應原理的應用

價值。

笈知識喜航

自發性

合成氨反應的特點-

可逆性

合成氨條

原理分析

件的理論

選擇提高反應速率的條件是

升高溫度、增大壓強

數據分析一

提高平衡混合物中氨的含量的

條件是降低溫度.增大壓強

壓強越大越好

低溫有利于提高原料的平

衡轉化率

問題討論催化劑改變反應歷程，降低反

應的活化能，使反應物在較低

溫度時能較快地發生反應

分離出氨以促使平衡向生成氨的方向移動

壓強：

工業合成10-30MPa

氨的適宜工業合成溫度：400500℃

氨的適宜

條件使用鐵觸媒作催化劑

條件

液化氨并及時分離，補

充原料氣并循環利用

合成氨的工藝流程

選擇工業合成適宜條件的原則

一、合成氨條件的理論選擇

1.合成氨反應的特點

合成氨反應：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)。已知298K時:AH=-92.4kJ-mol-1,A5=-198.2J-moP^K-1.

(1)自發性：常溫(298K)下，、H—TkS<0,能進行。

(2)可逆性：反應為反應。

(3)燧變：AS<0,正反應是氣體體積的反應。

(4)焰變：AH<0,是反應。

2.原理分析

根據合成氨反應的特點，利用我們學過的影響反應速率的因素和勒夏特列原理分析應如何選擇反應條件,

以增大合成氨的反應速率、提高平衡混合物中氨的含量，請填寫下表。

條件提高反應速率提高平衡轉化率

壓強——

溫度——

催化劑——

濃度_____反應物濃度_____反應物濃度，_____生成物濃度

3.數據分析

根據課本表2-2在不同溫度和壓強下(初始時N2和H2的體積比為1：3),平衡混合物中氨的含量實驗數據分

析，提高反應速率的條件是溫度、壓強；提高平衡混合物中氨的含量的條件是溫度、壓

強。二者在這一措施上是不一致的。實驗數據的分析與理論分析的結論是一致的。

二、工業合成氨的適宜條件

1.問題討論

⑴壓強

①原理分析：o

②選用條件：目前，我國合成氨廠一般采用的壓強為10?股MPa。

③合成氨時不采用更高壓強的理由：_______________________________________________________________

(2)溫度

①原理分析：有利于提高原料的平衡轉化率。

②選用條件：目前，在實際生產中一般采用的溫度為℃o

③不采用低溫的理由：____________________________________________________________________________

合成氨反應一般選擇400~500。。進行的又一重要原因為

(3)催化劑

①原理分析：即使在高溫、高壓下，N2和H2的化合反應仍然進行得十分。

②選用條件：通常采用加入以的多成分催化劑，又稱o

③選擇催化劑的理由：O

另外，為了防止混有的雜質使催化劑“中毒”，原料氣必須經過。

(4)濃度

①原理分析：在500℃和30MPa時，合成氨平衡混合物中NH3的體積分數也只有26.4%,即平衡時N?和

H2的轉化率仍O

②采取的措施：采取冷卻的方法,使氣態氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離出去；應將NH3分離

后的原料氣,并及時,使反應物保持一定的濃度。

③采取該措施的理由：分離出NH3以促使平衡向移動，此外原料氣的循環使用并及時補充

原料氣，既提高了原料的，又提高了反應，有利于合成氨反應。

2.工業合成氨的適宜條件

外部條件工業合成氨的適宜條件

壓強_____MPa

溫度__________℃

催化劑使用_________作催化劑

濃度液化氨并及時分離，補充原料氣并循環利用["(N2)：W(H2)=1：2.8]

3.合成氨的工藝流程

液態NthNH3+N2+H2

4.選擇工業合成適宜條件的原則

(1)考慮參加反應的物質、和等本身因素。

(2)考慮影響化學反應速率和平衡的溫度、壓強、濃度、催化劑等反應條件。

(3)選擇適宜的生產條件還要考慮設備條件、安全操作、經濟成本等情況。

(4)選擇適宜的生產條件還要考慮環境保護及社會效益等方面的規定和要求。

5.選擇化工生產適宜條件的分析角度

分析角度原則要求

從化學反應速率分析既不能過快，又不能太慢

既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性，又要注意二者影響的矛

從化學平衡移動分析

盾性

從原料的利用率分析增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，從而降低生產成本

從實際生產能力分析如設備承受高溫、高壓能力等

從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性對溫度的限制

考點01合成氨條件的選擇

【例1】下列有關合成氨工業的說法中，正確的是（）

A.從合成塔出來的混合氣體中，其中NH3只占15%,所以合成氨廠的產率都很低

B.由于氨易液化，N2、也在實際生產中可循環使用，所以總體來說合成氨的產率很高

C.合成氨工業的反應溫度控制在400?500℃,目的是使化學平衡向正反應方向移動

D.合成氨廠采用的壓強越大，產率越高，無需考慮設備、條件

【變式1-1］下列有關合成氨工業的說法中正確的是（）

A.鐵作催化劑可加快反應速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動

B.升高溫度可以加快反應速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動

C.增大壓強能縮短到達平衡狀態所用的時間

D.合成氨采用的壓強是1x107?3x107Pa,因為該壓強下鐵觸媒的活性最高

考點02以合成氨為背景的綜合題

【例2】對于合成氨反應，達到平衡后，以下分析正確的是（）

A.升高溫度，對正反應的反應速率影響更大

B.增大壓強，對正反應的反應速率影響更大

C.減小反應物濃度，對逆反應的反應速率影響更大

D.加入催化劑，對逆反應的反應速率影響更大

【變式2-1】合成氨工業對國民經濟和社會發展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應N2（g）+

3H2（g）2NH3（g）AH<0,673K>30Mpa下，”（Nlh）和〃（%）隨時間的變化關系如圖所示。下列說法正確

的是（）

B.d點(A時刻)和e點g時刻)處wg)不同

C.其他條件不變，773K下反應至。時刻，”(H2)比圖中的d點的值要大

D.a點的正反應速率比b點的小

考點03化學反應的調控

【例3】某工業生產中發生反應：2A(g)+B(g)M(g)AH<0。下列有關該工業生產的說法正確的是()

A.工業上合成M時，一定采用高壓條件，因為高壓有利于M的生成

B.若物質B廉價易得，工業上一般采用加入過量的B以提高A和B的轉化率

C.工業上一般采用較高溫度合成M,因溫度越高，反應物的轉化率越高

D.工業生產中常采用催化劑，因為生產中使用催化劑可提高M的日產量

【變式3-1】工業合成氨的反應為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)AH<0,該反應應采取的適宜條件是()

A.低溫、高壓、催化劑

B.適宜的溫度、高壓、催化劑

C.低溫、常壓、催化劑

D.適宜的溫度和壓強、催化劑

笈遒關楂測

1.合成氨工業中N2(g)+3H2(g)^2NH3(g),選擇適宜的壓強時，不需要考慮的因素是

A.反應速率B.平衡移動C.設備成本D.催化劑活性

2.氨是一種重要的化工原料，主要用于化肥工業，也廣泛用于硝酸、純堿、制藥等工業；合成氨反應N2(g)

+3H2(g)U2NH3(g)AH=-92.4kJ/moL下列有關合成氨反應的說法正確的是

A.高溫條件下該反應可以自發

B.反應的AH=E(N-N)+3E(H-H)-6E(N-H)(E表示鍵能)

C.反應中每消耗1mola轉移電子的數目約等于2x6.02x1023

D.該反應采用高溫高壓條件是為了增大H2的平衡轉化率

3.合成氨解決了地球上因糧食不足而導致的饑餓和死亡問題，下列有關工業合成氨的說法錯誤的是

A.反應物是N?和H?B.過程屬于生物固氮

C.反應屬于可逆反應D.反應條件是高溫、高壓、催化劑

1

4.工業合成氨：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)AH=-92.4kJ-mo?,一般采用700K左右的溫度，其原因是

①提高H2的平衡轉化率②適當提高氨的合成速率③提高氨的產率④催化劑在700K左右時活性最大

A.只有①B.②④C.②③④D.①②

5.工業上用乙烯和水蒸氣合成乙醇的原理為CH2=CH2(g)+H2O(g)UCH3cH20H(g)。如圖是乙烯的轉化

率隨溫度、壓強的變化關系，下列說法正確的是

^3

、

郴

￡當

昂

2250300350

溫度廣C

A.該反應的正反應為吸熱反應

B.工業上采用的壓強為7MPa左右，溫度為250℃左右這是綜合考慮反應速率和乙醇的產率等因素的結果

C.相同溫度下，壓強越大，乙烯的轉化率越大，平衡常數越大

D.給予足夠的壓強和適當的溫度，可實現乙烯的轉化率為100%

6.下列有關合成氨工業的說法正確的是

A.從合成塔出來的混合氣體中，NH3只占15%,所以合成氨工業的效率都很低

B.由于氨易液化，容易分離，N2、比在實際生產中可循環利用，所以總體來說氨的產率較高

C.合成氨工業的反應溫度控制在700K左右，目的是使化學平衡向正反應方向移動

D.合成氨工業采用鐵做催化劑，是為了提高反應物的轉化率

7.下列敘述符合工業合成氨生產實際的是

A.V2O5做催化劑B.NH3循環利用

C.將N2和H2從體系中分離出去D.反應溫度由催化劑決定

8.工業合成氨的反應為N2(g)+3H2(g)^^2NH3(g)AH<0,該反應應采取的適宜條件是

A.低溫、高壓、催化劑B,適宜的溫度、高壓、催化劑

C.低溫、常壓、催化劑D.適宜的溫度和壓強、催化劑

9.下列生活和生產中的做法或事實，與調控反應速率無關的是()

A.牛奶放在冰箱中冷藏

B.使用加酶洗衣粉洗滌衣物

C.汽車的橡膠輪胎中要添加抑制劑

D.工業合成氨時，及時將氨氣液化分離

10.不符合工業合成氨生產實際的是

A.鐵觸媒作催化劑B.N2、比循環使用

C.NH3液化分離D.反應在常壓下進行

11.1905年德國化學家哈伯發明了合成氨的方法，他因此獲得了1918年度諾貝爾化學獎。哈伯法合成氨需

要20-50Mpa的高壓和500℃的高溫下，用鐵作催化劑，且氨的產率為10%?15%。2005年美國俄勒岡大

學的化學家使用了一種名為transFe(DMeOPrPE)2Cl2的鐵化合物作催化劑，在常溫常壓下合成出氨，反應可

表示為N2+3H2=2NH3,下列有關說法正確的是()

A.不同的催化劑對化學反應速率的影響均相同

B.哈伯法合成氨是吸熱反應，新法合成氨是放熱反應

C.新法合成能在常溫下進行是因為不需要斷裂化學鍵

D.新法合成與哈伯法相比不需要在高溫條件下，可節約大量能源，極具發展愿景

12.合成氨時既要使合成氨的產率增大，又要使反應速率加快，可采取的方法是()。

①減壓；